Rappresentazione 3D di una delle nuove molecole. Gli ioni silicato in disposizione tetraedrica possono essere visti nelle bolle di sapone sferiche per confronto. Credito:Jens Rump / Università di Bonn
I chimici dell'Università di Bonn (Germania) hanno sintetizzato composti estremamente insoliti. Il loro mattone centrale è un atomo di silicio. Diverso dal solito, però, è la disposizione dei quattro partner di legame dell'atomo, che non hanno la forma di un tetraedro intorno ad esso, ma piatto come un trapezio. Questa disposizione è di solito energeticamente estremamente sfavorevole, tuttavia le molecole sono molto stabili. Le loro proprietà sono finora completamente sconosciute; i ricercatori ora vogliono esplorarli. I risultati saranno pubblicati nel Giornale della Società Chimica Americana , ma sono già disponibili online.
Come il suo carbonio relativo, il silicio forma generalmente quattro legami con altri atomi. Quando lo fa, il risultato è solitamente un tetraedro. L'atomo di silicio si trova al centro, i suoi partner di legame (i cosiddetti ligandi) agli angoli tetraedrici. Questa disposizione è energeticamente più favorevole. Sorge quindi quasi automaticamente, proprio come una bolla di sapone è solitamente sferica.
I ricercatori guidati dal Prof. Dr. Alexander C. Filippou dell'Istituto di Chimica Inorganica dell'Università di Bonn hanno ora costruito molecole contenenti silicio che sono insolite come una bolla di sapone a forma di cubo. In questi, i quattro ligandi non formano un tetraedro, ma un quadrato distorto, un trapezio. Si trovano su un piano insieme al silicio. "Nonostante questo, i composti sono così stabili che possono essere imbottigliati e conservati per settimane senza problemi, " spiega il dottor Priyabrata Ghana, un ex studente di dottorato che da allora si è trasferito alla RWTH Aachen University.
Gli esotici molecolari sono insolitamente stabili
Gli stessi ricercatori sono rimasti sorpresi da questa insolita stabilità. Hanno scoperto il motivo modellando le molecole sul computer. I ligandi formano anche legami tra loro. Nel processo, formano una solida struttura. Questo sembra essere così forte che impedisce completamente alla disposizione trapezoidale di "scattare" in un tetraedro. "I nostri calcoli al computer indicano che non esiste una struttura per le molecole che sarebbe energeticamente più favorevole della forma trapezoidale planare, " sottolinea Jens Rump, uno studente di dottorato presso l'Istituto di Chimica Inorganica.
Rappresentazione 3D di una delle nuove molecole. La metà sinistra dell'immagine mostra una sezione della struttura cristallina di un cristallo di quarzo con atomi di silicio circondati da un tetraedro. Credito:Jens Rump / Università di Bonn
I ricercatori hanno coltivato cristalli delle sostanze e poi li hanno fatti esplodere con i raggi X. La luce dei raggi X viene diffusa dagli atomi e cambia direzione. Queste deviazioni possono quindi essere utilizzate per calcolare la struttura spaziale delle molecole nel cristallo. Insieme alle misurazioni spettroscopiche, questo metodo ha confermato che ligandi e silicio sono effettivamente sullo stesso piano nelle nuove molecole.
Sebbene la sintesi dei composti esotici debba essere effettuata sotto gas inerte, altrimenti è relativamente semplice. Produrre i materiali di partenza, d'altra parte, è complesso; uno di questi è stato sintetizzato per la prima volta solo poco più di dieci anni fa ed è già stato la fonte per la sintesi di diverse nuove classi di composti di silicio.
L'influenza della struttura insolita sulle proprietà del silicio, un elemento importante per l'industria elettronica, è del tutto poco chiaro al momento. Ad ogni modo, per molto tempo si è ritenuto del tutto impossibile produrre tali composti.
